風(fēng)電場的整體規(guī)劃設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，如何從宏觀選址伊始的項目全生命周期層層優(yōu)化風(fēng)電場設(shè)計方案，降低度電成本、精算收益率并預(yù)估電價是一個棘手的難題。
特變電工致力于為客戶提供度電成本最優(yōu)的風(fēng)電場解決方案，從風(fēng)場的開發(fā)建設(shè)到運營維護，可以總體概括為四個方面，分別是資源評估、方案設(shè)計、風(fēng)場的建設(shè)以及投運后的運行維護。風(fēng)資源評估處于風(fēng)場開發(fā)的前期階段，風(fēng)資源評估的準(zhǔn)確與否，對之后的投資以及建設(shè)都會產(chǎn)生至關(guān)重要的作用。
風(fēng)資源評估分為五個重點工作，分別是宏觀選址、精細化測風(fēng)、機組選型、微觀選址以及后評估。
下面將通過兩個經(jīng)典項目案例，分享在風(fēng)資源評估過程中經(jīng)常會面對的問題以及解決方案。
大容量風(fēng)電基地風(fēng)資源評估及發(fā)電量測算
近幾年由于政策調(diào)整、部分省份紅色預(yù)警解除以及大型外送基地建設(shè)等因素，風(fēng)電開發(fā)工作由中東部及南方區(qū)域向三北區(qū)域轉(zhuǎn)移的趨勢。
項目位于甘肅玉門，在相距60公里的距離分別規(guī)劃了300MW開發(fā)容量的兩個候選場區(qū)，盛行風(fēng)向都是正西和正東風(fēng)。根據(jù)風(fēng)電基地標(biāo)準(zhǔn)排布間距來進行布機，每個場區(qū)都使用90m高度單機容量2.0兆瓦的風(fēng)機布置150臺，進行發(fā)電量的測算。場區(qū)A的機位平均風(fēng)速比場區(qū)B高0.12m/s，發(fā)電量卻少了8%。為什么風(fēng)速高的場區(qū)發(fā)電量反而差這么多呢?
由兩個場區(qū)的風(fēng)速頻率分布直方圖可以看出，場區(qū)A在4-6m/s的低風(fēng)速區(qū)間和12-18m/s的高風(fēng)速段區(qū)間頻率較高，場區(qū)B在8-11m/s的風(fēng)速區(qū)間頻率較高。結(jié)合風(fēng)機的出力特征可以得知，這段風(fēng)速區(qū)間剛好是風(fēng)機接近滿發(fā)時的風(fēng)速。因此雖然場區(qū)B的整體平均風(fēng)速與場區(qū)A相比略小，然而他的風(fēng)速分布更利于風(fēng)機出力。
通過上述對風(fēng)速頻率分布的深入分析，我們最終選擇了平均風(fēng)速相對較低，然而風(fēng)速特性更加利于風(fēng)機出力的場區(qū)B，在此基礎(chǔ)上，對場區(qū)B進行進一步優(yōu)化。
如圖為備選風(fēng)機的功率曲線標(biāo)幺值以及對應(yīng)的標(biāo)幺值差值。我們可以看出，標(biāo)幺值差值在7-9米每秒的風(fēng)速區(qū)間達到峰值，說明在這個風(fēng)速段中，兩種風(fēng)機的發(fā)電性能是有較大差異的。針對不同風(fēng)資源特性的場區(qū)，需要對癥下藥，選擇匹配度最高的風(fēng)機，以獲得最大收益，減少資源浪費。
對于大型風(fēng)電基地來說，有兩個概念比較重要，一個是尾流交換區(qū)，另一個是單位占地產(chǎn)能率。當(dāng)前的風(fēng)機排布方式是根據(jù)已經(jīng)投建的風(fēng)電基地進行選擇的，尾流損耗都在5%上下波動，對應(yīng)的單位產(chǎn)地產(chǎn)能率也處于比較低的水平。針對這樣的情況，需要進行風(fēng)機間距的優(yōu)化，平衡尾流交換區(qū)和單位占地產(chǎn)能率間的關(guān)系。
針對項目的特性，進行風(fēng)機型號、間距等定制優(yōu)化方案，挖掘場區(qū)發(fā)電潛力，提升發(fā)電量，優(yōu)化風(fēng)機機型，合理設(shè)置尾流交換區(qū)，最大限度減少尾流損耗，平衡與圈地范圍的關(guān)系，避免土地浪費，同時進行道路和集電線路設(shè)計的優(yōu)化，最終使發(fā)電量提升2%，設(shè)計和施工成本降低1.8%,,節(jié)約約3000萬元投資成本。
平原風(fēng)電場風(fēng)資源評估
第二個項目位于山東菏澤，是具有一定代表性的平原項目，這個項目特別的一點是，它的各個高度綜合擬合風(fēng)切變達到0.41。面對較大的風(fēng)切變，業(yè)內(nèi)常采用增加塔筒高度的解決方案提升風(fēng)機發(fā)電量。高塔筒大葉輪直徑風(fēng)機的葉片受力不平衡程度也更加不容小覷。面對高差近150米的風(fēng)速變化，傳統(tǒng)以輪轂高度風(fēng)速評估發(fā)電量水平的方法計算誤差較大，無法滿足日益精細化的發(fā)電量測算工作。
最近有很多高校都對風(fēng)輪面等效風(fēng)速進行了研究。用于替代傳統(tǒng)的以輪轂高度風(fēng)速測算方法。尤其對于風(fēng)切變比較大的項目，新的測算方法能夠顯著減少風(fēng)速不確定性，更加準(zhǔn)確地分析風(fēng)機捕獲風(fēng)能水平。
這個方法是將風(fēng)輪面分為若干個區(qū)間，將各個高度的風(fēng)速進行積分的過程。當(dāng)我們獲得了風(fēng)輪面等效風(fēng)速后，我們可以將風(fēng)機輪轂高度處的功率曲線替換為功率與風(fēng)輪面等效風(fēng)速的關(guān)系曲線，進一步提高計算準(zhǔn)確性。
將風(fēng)輪面等效風(fēng)速和新的風(fēng)機功率曲線結(jié)合到CFD計算中，我們可以計算得到更加準(zhǔn)確的年發(fā)電量。經(jīng)過對兩種方法的比對測試，不同功率曲線測試方法都能都較準(zhǔn)確得到機組的測量功率曲線，基于風(fēng)輪等效風(fēng)速的測量功率曲線更接近機組保證功率曲線，在該項目情景下，兩種方法風(fēng)機功率差異最大可達到80KW。
引入風(fēng)輪面等效風(fēng)速和對應(yīng)風(fēng)機功率曲線的概念可以大大減少由于葉片上下接觸風(fēng)速不均勻而導(dǎo)致的風(fēng)速估算誤差以及發(fā)電量測算誤差，提升評估結(jié)果的可信度。最新的IEC 61400-15標(biāo)準(zhǔn)也將引入風(fēng)輪面等效風(fēng)速概念，未來使用等效風(fēng)速的計算方法將逐漸普及，替代簡單輪轂高度風(fēng)速計算方法。
每個項目都有它獨一無二的特點和屬性。通過針對項目分析不確定性因素，層層把控潛在風(fēng)險，減少不可控因素，提升收益保障。有效降低度電成本，為競價上網(wǎng)、平價上網(wǎng)時代做好堅實的基礎(chǔ)。
